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Einrichtung zur selbsttätigen Regelung einer Raumheizungsanlage Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung einer Raumheizungsanlage
in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur mit Änderung der Innentemperatur nach
einer bestimmten Kurve.
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Es gibt bereits Temperaturregler für Heizungsanlagen, bei denen sich
die beiden von einem Außen- und einem Innenthermometer ausgebenden Wirkungen überlagern,
wobei das Außenthermometer gegebenenfalls derart mit Wärmeträgheit arbeitet daß
es den Schwankungen der Außentemperatur mit einer gewissen Verzögerung entsprechend
der Wärmeträgheit der Außenwände des zu heizenden Raumes folgt. Bei diesen Einrichtungen
sind jedoch die Einflüsse der Wände des zu beheizenden Raumes und der in, letzterem
befindlichen Gegenstände bei Änderungen der Innentemperatur infolge ihres Wärmespeichervermögens
nichtberücksichtigt. Außerdem erfolgt dabei die Regelung der Heizungsanlage in der
Weise, daß eine gleichbleibende Innentemperatur erzielt wird.
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Sollen die zur Beheizung eines nur zeitweilig benutzten Raumes erforderlichen
Wärmeeinheiten auf das Mindestmaß herabgesetzt werden, so ist es zweckmäßig, die
behagliche Temperatur nur während der Benutzung des betreffenden Raumes aufrechtzuerhalten
und für die übrige Zeit die Temperatur auf ein je nach der Beschaffenheit der Wände
festsetzbares Mindestmaß absinken zu lassen. Es sind solche Temperaturregler bekannt
mit einem Raumthermostaten, der durch eine Hubscheibe entsprechend eingestellt wird.
Da die Außentemperatur und die Ursachen der Abkühlung der Raumluft und der Wände
dauernd schwanken, so müssen bei der Regelung der Heizung u. a. auch diese veränderlichen
Ursachen berücksichtigt werden.
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Die Einrichtung, die die Erfindung betrifft, soll den Wärmeflüß einer
Raumheizungsanlage selbsttätig regeln in Abhängigkeit von einem vorher bestimmten
Heizfahrplan und unter jeweiliger Berücksichtigung der Außentemperatur, wobei das
Wärmespeichervermögen und sonstige thermische Eigenschaften der Wände des zu beheizenden
Raumes und der in ihm befindlichen Gegenstände mitberücksichtigt werden. Gemäß der
Erfindung sind daher ein Außenluftthermometer, das auf Temperaturänderungen zwecks
Ausgleichs der von den Raumwänden ausgeübten Wärmespeicherwirkung verzögert anspricht,
und eine sich ständig drehende Daumenscheibe, die die Raumlufttemperatur nach einer
festgesetzten Kurve einstellt und deren Leitfläche durch entsprechende Ausbildung
die Wärmespeicherwirkung der Raumwände sowie der im Raum befindlichen Gegenstände
berücksichtigt, vorgesehen,
die beide unabhängig voneinander auf
die gemeinsame Steuereinrichtung für das Regelglied einwirken.
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Wenn bei Temperaturänderungen der Außenluft sofort entsprechende Änderungen
der Wärmezuführung erfolgen, werden Regelschwankungen auftreten, da infolge des
Wärmeaufnahmevermögens der Außenwände des zu beheizenden Raumes bei Temperaturänderungen
der Außenluft die Raumwandtemperatur sich den veränderten Verhältnissen erst anpassen
muß. Es soll deshalb das Außenthermometer in an sich bei anderen Heizungsanlagen
bekannter Weise verzögert auf Temperaturänderungen ansprechen. Diese Anzeigewerte
des Außenluftthermometers bei Temperaturänderungen der Außenluft, die von den tatsächlichen
Außenlufttemperaturen abweichen und sich letzteren nach einem Regelvorgang allmählich
nähern bzw. letztere erreichen, werden als virtuelle Außentemperaturen bezeichnet.
Sie sollen bei Außenlufttemperaturänderungen den tatsächlichen Temperaturwerten
der Außenluft so nacheilen, daß sie bei Änderungen der Außenlufttemperatur die von
den Raumwänden ausgeübte Wärmespeicherwirkung, welche Änderungen der Außenlufttemperatur
nicht sofort in vollem Umfang auf die Raumtemperatur zur Einwirkung kommen läßt
und deren Größe von der Größe der Änderungen der Außenlufttemperatur abhängt, ausgleichen.
Hat sich der Wärmedurchfluß durch die Raumwand hindurch der veränderten Außenlufttemperatur
angepaßt, ist die virtuelle Außentemperatur identisch mit der tatsächlichen Außeniufttemperatur
bzw. nicht mehr vorhanden. Die virtuelle Außentemperatur bei einem Regelvorgang
hängt somit ab von der in dem betrachteten Augenblick herrschenden Außenlufttemperatur,
von dem Verlauf der wirklichen Außenlufttemperatur vor dem betrachteten Augenblick
und von den thermischen Eigenschaften der Wände des zu beheizenden Raumes während
der gleichen Zeit. Es soll nun ein der Außentemperatur ausgesetztes Thermometer
verwendet werden, dessen Anzeigen stets genau der virtuellen Außentemperatur entsprechen.
Nach obigen Ausführungen muß das Thermometer, um dieser Bedingung zu entsprechen,
mit Wärmeträgheit arbeiten, deren Größe für den Einzelfall zu berechnen oder durch
Versuche zu ermitteln ist. Ferner soll die Raumtemperatur mittels einer sich ständig
drehenden Daumenscheibe nach einem vorausbestimmten Heizfahrplan eingestellt werden.
Dabei soll mitberücksichtigt werden, daß bei Einstellung der Raumtemperatur auf
einen neuen Wert infolge der Wärmespeicherfähigkeit der Raumwände und der Gegenstände
in dem Raum zunächst ein Wert eingestellt werden muß, der von dem bisherigen Sollwert
ausgehend eine überregelung bedeutet und dann allmählich sich dem tatsächlichen
neuen Sollwert angleicht bzw. auf ihn zurückgeht, damit die bewirkte. Temperaturänderung
auch der gewollten Temperaturkurve entspricht. Die Größe der Abweichung der eingestellten
Temperatur von, der gewollten Temperatur hängt ab von dem Wärmespeichervermögen
der Raumwände und der in dem Raum befindlichen Gegenstände sowie von der Größe der
Sollwertänderung der Innentemperatur. Dabei sind noch zu berücksichtigen das Wärmespeicherungsvermögen
der aufgestellten Heizkörper und die im Raum vorhandene Luft die Leistungsschwankungen
der Heizflächen bei den verschiedenen Innentemperaturen, die durch Lüftung entstehenden
Wärmeverluste, die sich entsprechend dem Temperaturunterschied zwischen dem Innenraum
und dem Außenraum ändern, und jene Wärmemengen, die zu gewissen Stunden durch die
sich im Raume aufhaltenden Personen und durch die Beleuchtungskörper beigetragen
werden. Die vorübergehende Einstellung der Steuereinrichtung auf eine bei Neueinstellungen
der Raumtemperatur die genannten Einflüsse ausgleichende und von der gewollten Temperatur
abweichende Raumtemperatur, die als virtuelle Innentemperatur bezeichnet wird, wird
durch entsprechende Formgebung der sich ständig drehenden Daumenscheibe erreicht,
die für den Einzelfall vorher durch Berechnung und Versuche festgelegt werden muß.
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In den Figuren sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigen: Fig. i schematisch ein Schaltbild einer Regeleinrichtung
mit der Wheatstoneschen Brücke, Fig. a ein Schaltbild der elektrischen Verbindungen
zwischen dem Spannungsmesser der Brücke und dem Elektromotor nach der Fig. i und
Fig.3 ein Schaltbild einer Regeleinrichtung mit einem Seilgetriebe.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. z weist die Anordnung
zur Steuerung der Wärmeverteilung eine Wheatstonesche Brücke abcd auf, welche von
einer an b und d angelegten elektrischen Hilf sstromquelle i gespeist
wird. Im Brückenzweig bc sind veränderliche Widerstände A, B, C und
D angeordnet.
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Der Widerstand A besteht aus einem innerhalb einer von der Außentemperatur
beeinflußten Verschalung angeordneten Widerstandsthermometer z, welches die virtuelle
Außentemperatur anzeigt. Die das Thermometer umgebende Verschalung, die angeordnet
werden
muß, damit das Thermometer die virtuelle Außentemperatur
so gut wie möglich anzeigt, besteht in bekannter Weise aus mehreren gleichachsigen
Hüllen 3, 3', g" aus Stoffen verschiedener Wärmeleitvermögen. Diese Hüllen gleiten
fernrohrartig ineinander. Durch eine Reihe von Versuchen wird die Lage des Thermometers
2, der mittleren Hülle 3 und der anderen Hüllen 3', 3" mit Bezug aufeinander in
axialer Richtung festgelegt. Die Hüllen 3, 3', 3" können teilweise mit einer kleineren
oder größeren Zahl von Bohrungen bzw. Kanälen versehen sein, welche verlegt oder
freigelegt werden können, um das Wärmevermögen und die Abkühlungsgeschwindigkeit
der Masse und hierdurch die Anzeigen des Thermometers 2 mit Bezug auf ein Thermometer,
das unmittelbar von außen beeinflußbar wäre, ändern zu können.
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Der veränderliche Widerstand B besteht aus einem Pendelring 4, der
um die Achse 5 unter der Wirkung des Hebels 6 schwingt. Dieser Hebel stützt sich
unter dem Einfluß der Feder 7 an dem Daumen 8 ab, welcher durch Übertragungsglieder
9, io von dem Uhrwerk i i bewegt wird. Der Daumen 8 erhält einen solchen Umriß,
daß der veränderlich im Ring 4 angeordnete Widerstand in jedem Augenblick der virtuellen,
in der oben angedeuteten Weise berichtigten Innentemperatur entspricht. Die in den
Brückenzweig bc eingeschalteten Widerstände C und D ändern sich in Abhängigkeit
von Größen, die verschieden von den die beiden Widerstände A und B beeinflussenden
sind und die beim Betrieb der Heizungsanlage mitberücksichtigt werden sollen. Ferner
ist ein Feineinstellungswiderstand 12 vorgesehen.
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In den Brückenzweig ab ist ein veränderlicher Widerstand E
eingeschaltet, der aus einem in dem Pendelring r 5 angeordneten Widerstandsdraht
14 besteht.
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Die beiden anderen Brückenzweige bestehen grundsätzlich aus einem
festen Widerstand, der sich möglichst wenig mit der Temperatur ändert. In den Brückenzweig
cd ist indessen ein Ausgleichswidertan.d 16 zur Feineinstellung der Einrichtung
eingeschaltet.
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In der Brückenschräge ac ist ein Spannungsmesser mit Rahmen
17 angeordnet. Infolge seiner Ablenkungen von der Gleichgewichtslage weg
berührt der Rahmen mittels einer Palette i8 entweder eine Schließstelle i9 oder
2o, wodurch mittels eines elektrischen Schützes F und einer Hilfsstromquelle 21
ein Elektromotor 22 in einem oder im anderen Sinn angeworfen wird. Dieser Motor
nimmt mittels zweier Schnecken 23, 24 einesteils den den veränderlichen Widerstand
14 (E) enthaltenden Pendelring 15 und anderteils einen Motor 25 mit, welcher
den Fernantrieb eines das zu steuernde Glied betätigenden Motors 26 bewirkt.
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Der Motor 26 ist in bekannter Weise am Ende eines um eine Schneide
28 schwingenden Waagebalkens 27 befestigt, der durch einen Lenker 29 und einen um
31 schwingenden Hebel 30 mit einer Stange 32 verbunden ist, welche ein Ventil
33 verstellt, das den Durchtritt zwischen einer Zuströmleitung 34 beispielsweise
für die Verbrennungsluft oder für den Heizdampf und einer Abströmleitung 35 für
diese Luft zum Kessel der Sammelheizungsanlage oder für den Heizdampf regelt. Statt
des Ventils 33 kann die Stange 32 irgendein anderes Heizregelglied steuern. Der
Motor 26 nimmt eine Schraube 36 mit, auf der eine Mutter 37 sitzt, die von einem
entlang des Waagebalkens 27 wandernden Schlitten 38 getragen ist; jeder Lage des
Schlittens 38 entlang des Balkens 27 entspricht eine bestimmte Lage des Ventils
33.
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Zur Vermeidung des Pumpens der Regeleinrichtung, bedingt hauptsächlich
durch ein Anwerfen des Motors 22, der infolge seiner Trägheit die gesuchte neue
Gleichgewichtslage überschreiten würde, ist ein Zeitschalter G vorgesehen, der zeitlich
wiederkehrend die Wirkung des Schützes F auf den Motor 22 unterbricht.
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Die Gesamtanordnung, bestehend aus dem Spannungsmesser 17,
dem Umkehrschütz F, dem Zeitschalter G und dem Motor 22, kann beispielsweise gemäß
dem Schaltbild nach der Fig. 2 gebaut sein.
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DiePalette i8 des Spannungsmessers 17 ist über efg und die Stromquelle
21 an eine gemeinsame Klemme h zweier Elektromagnete 39, 4o angeschlossen, deren
andere Klemmen mit den beiden Schließstellen 19, 2o des Spannungsmessers
17 verbunden sind. Der Elektromagnet 39 zieht, wenn er erregt ist, einen
Anker 41 an, der durch einen Unterbrecher 42 den Hilfserregungsstromkreis ijklirtza
eines Schalters 43 schließt. Ist dieser Schalter geschlossen, so verbindet er die
drei Phasen 44, 45, 46 mit den drei Klemmen 47, 48, 49 des Motors 22, wodurch die
Drehung des Motors in einer bestimmten Richtung verursacht wird. Ist der Elektromagnet
40 erregt, so zieht er einen Anker 5o an, welcher mittels eines Unterbrechers 42'
den Hilfsstromkreis ijkopystrz eines Schalters 5i schließt. Ist dieser Schalter
geschlossen, während der Schalter 43 offen ist, so verbindet er die drei Phasen
44, 45, 46 mit den drei Klemmen 48, 47, 49 des Motors 22, wodurch die Drehung des
Motors 22 in der anderen Richtung verursacht wird. Die in .die beiden Hilfsstromkreise
eingezeichneten Kreise stellen die Elektromagneten für die beiden Schalter 43 und
5 i dar. Ferner sind die Haltestromkreise
für die beiden
Schalter 43 und 51 gezeichnet, deren Unterbrecher derart miteinander verbunden sind,
daß der jeweils geschlossene Haltestromkreis für einen Schalter beim Schließen des
anderen Schalters geöffnet wird.
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In dem gemeinsamen Teil jk der Erregungsstromkreise der Schalter 43,
51 ist ein Unterbrecher 52 mit der Feder 53 und dem Stößel 54 angeordnet (G). Auf
diesen Stößel 5.1
wirkt- ein Daumen 55@ der durch einen Zeitschalter oder
einen Asynchronmotor angetrieben wird. Unter Wirkung des Zeitschalterwerks 56 wird
der Speisestromkreis des Motors 22 bei jeder Umdrehung des Daumens 55 unbeschadet
der jeweiligen Umlaufrichtung des Motors 22 unterbrochen.
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Die Wirkungsweise der gesamten Anordnung ist folgende: Bei Änderungen
des Widerstandes A des in der Hülle 2 befindlichen Leiters unter dem Einfluß von
außen und des veränderlichen Widerstandes B in Abhängigkeit von dem aufgestellten
Heizfahrplan, ferner gegebenenfalls der bei C und .D abgezweigten Widerstände aus
zusätzlichen, zu berücksichtigenden Gründen wird das Gleichgewicht der Brücke gestört,
wodurch Strom in den Spannungsmesser geleitet wird und dieser nach einer oder anderer
Richtung ausschlägt. Durch diese Bewegung wird der =Motor 22 in der einen oder anderen
Richtung angeworfen und der Widerstand E des anderen Brückenzweiges geändert, wobei
zugleich die Lage des Schlittens 38 des Reglers der Anlage beeinflußt wird.
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Abgesehen von den notwendigen, durch den Zeitschalter G bedingten
Unterbrechungen setzt sich die Bewegung fort, bis in der Brücke das Gleichgewicht
wieder hergestellt und der Spannungsmesser auf Null zurückgeführt ist. Unter diesen
neuen Bedingungen besitzen die Brückenzweige ab und cb eine neue Widerstandseinstellung,
bis eine der die Erwärmung beeinflussenden Ursachen sich ändert.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 wirkt das äußere in seiner
Hülle 3, 3', 3 angeordnete Dehnungsthermometer 2 innerhalb eines Zylinders
57 auf einen Kolben 58, der in jedem Zeitpunkt eine von der virtuellen Außentemperatur
abhängige Lage einnimmt. Dieser Kolben ist an das Ende eines bei 6o schwenkbaren
Hebels 59 angelenkt, an dessen anderes Ende ein biegsamer Draht 61 angeschlossen
ist. Dieser Draht ist über zwei Rollen 62, 63 mit festen Achsen sowie über eine
Zwischenrolle 64 eines Flaschenzuges geführt. Das zweite Ende des Drahtes 61 ist
bei 65 an einen Hebel 66 angeschlossen, der bei 67 schwenkbar und durch einen
Lenker 68 mit einem Hebel 69 verbunden ist. Dieser Hebel 69 bildet das Zeiger- bzw.
Einstellglied eines selbsttätigen üblichen Reglers der Temperatur oder des Druckes
im Kessel. In bekannter Weise wirkt dieser Regler durch irgendeine entsprechende
Übertragung auf einen durch eine Feder 72 beeinflußten Hebel 7 i, welcher das zu
steuernde Glied, z. B. das Ventil 73, für den Einlaß von Verbrennungsluft in den
Kessel 74 der Sammelheizungsanlage trägt.
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Auf der Achse,75 der Flaschenzugrolle 64 ist ein Lenker 76 aufgehängt,
der an einen bei 78 schwenkbaren Hebel 77 angeienkt ist. Auf diesen wirkt ein Daumen
8, der dem Daumen der Ausführungsform nach der Fig. r gleich ist und durch ein Uhrwerk
i i angetrieben wird.
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Die Wirkungen, die durch das Thermometer 2 und den Daumen 6 bedingt
sind, setzen sich summarisch zusammen und beeinflussen so die Lage des Endes 65
des Drahtes 61 und infolgedessen die Lage des Ventils 73.
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Die Einrichtung gemäß,der Erfindung kann zusätzlich mit einem Sicherheitsleistungsbegrenzer
ausgestattet sein z. B. in Gestalt eines Wärmefühlers in einem gewählten Teil der
Anlage, der die Heizungsanlage abstellt, sobald die vorgesehene Innentemperatur
Überschritten wird. Diese Sicherheitsvorrichtung kann derart beschaffen sein, daß
der Läufer des Wärmefühlers selbsttätig in eine entsprechend der Zeit veränderliche
Lage gebracht werden kann, welche der in dem betrachteten Zeitpunkt erwünschten
Höchsttemperatur entspricht.
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Eine solche Sicherheitsvorrichtung ist beispielsweise in Fig.3 dargestellt.
Sie ist in einem der Räume (Raum 95) angeordnet, die von der Heizungsanlage erwärmt
werden sollen. Eine drehbare Daumenscheibe 96 wird unter Vermittlung einer Übertragung
79, 80 von einem Uhrwerk 97 angetrieben. Die Daumenscheibe entspricht der
Kurve der in dem Raum 95 in Abhängigkeit von der Zeit erwünschten Höchsttemperatur.
An dieser Daumenscheibe 96 stützt sich ein Hebel 81 ab, auf dessen Achse ein an
seinen Schwingungen teilnehmendes Zahnrad 82 angeordnet ist, das mit einer Zahnstange
83 kämmt deren Fortsätze in Führungen 84 gleiten. Einer dieser Fortsätze trägt eine
elektrische Schließstelle 85, deren Lage in jedem Zeitpunkt von dem mit dem Hebel
bi in dem betrachteten Zeitpunkt sich berührenden Halbmesser der Daumenscheibe 96,
d. h. von der in diesem Zeitpunkt erwünschten Temperatur, abhängt. Gegenüber der
Schließstelle 85 ist ein Wärmefühler 86 angeordnet, der aus einem Doppelstreifen
besteht, der diese Schließstelle berührt, sobald die höchste in. dem gegebenen Zeitpunkt
erwünschte Temperatur erreicht ist. Die Schließstelle 85 und der Wärmefühler 86
sind in dem Stromkreis einer elektrischen Stromquelle 87 und der Wicklung 88 eines
Elektromagneten
angeordnet, dessen Erregung durch den Stromschluß 85, 86 bewirkt wird. Der Kern
89 dieses Elektromagneten ist unter Vermittlung eines bei 9i schwingenden Hebels
9o und eines Lenkers 92 mit einem Hilfsventil bzw. einer Hilfsklappe 93 verbunden,
das bzw, die in der Leitung der Verbrennungsluft für den Kessel 74 angeordnet ist.
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Sobald die Höchsttemperatur in dem Raum 95 erreicht ist, gelangt der
Doppelstreifen 86 in Berührung mit der Schließstelle 85, deren Lage diese Temperatur
bestimmt, und das Ventil 93 wird auf seinen Sitz angedrückt, wo es verbleibt, bis
die Erwärmung aufgehört hat und die Temperatur in dem Raume 95 wieder unter dem
Höchstwert liegt. In diesem Zeitpunkt rückt der Doppelstreifen 86 von der Schließstelle
85 weg, und das Ventil 93 wird durch die Feder 94 abgehoben.
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Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die dargestellten
und beschriebenen Ausführungsbeispiele.